BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用

李世蓮

(東莞市預(yù)拌混凝土協(xié)會)

0 引言

隨著我國改革以來的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的不斷加快，建筑業(yè)發(fā)展也進(jìn)入到發(fā)展的快車道。裝配式建筑作為綠色建筑的代表，有利于解決傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的諸如人力、工期、節(jié)能環(huán)保、效率等問題，并且具有質(zhì)量可控、成本可控、進(jìn)度可控的特點(diǎn)，得到國家的大力推廣。根據(jù)《關(guān)于印發(fā)“十四五”住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技發(fā)展規(guī)劃的通知》的要求，到2025 年，裝配式在建筑中的滲透比例不少于30%。住建部于2022 年3 月發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)“十四五”住房和城鄉(xiāng)建設(shè)科技發(fā)展規(guī)劃的通知》中提到，裝配式建筑占城鎮(zhèn)新建建筑的比例要達(dá)到30%。

BIM 技術(shù)20 世紀(jì)末起源于美國的建筑計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。BIM 技術(shù)是運(yùn)用數(shù)字信息來建立建筑物的數(shù)字模型，從而全面掌握設(shè)計(jì)各分項(xiàng)工程，利用三維建筑模型來加強(qiáng)各分項(xiàng)施工的監(jiān)督管理。BIM 具有信息的準(zhǔn)確性、高效性、全面性、實(shí)用性等特點(diǎn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和實(shí)踐，現(xiàn)在BIM 技術(shù)在美國大多數(shù)建筑項(xiàng)目中應(yīng)用。在我國，BIM 技術(shù)已經(jīng)從BIM1.0（以設(shè)計(jì)階段建模為主）發(fā)展到了BIM3.0（以深入施工現(xiàn)場為主）。

裝配式建筑的核心通過信息化的手段，串聯(lián)起設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、裝修和管理。BIM 技術(shù)應(yīng)用為裝配式建筑設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，避免傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)容易出現(xiàn)問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)三維表達(dá)，減少圖紙量，有效解決專業(yè)間、預(yù)制構(gòu)件間可能出現(xiàn)的碰撞問題。

1 BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

裝配式建筑需要預(yù)制構(gòu)件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。傳統(tǒng)的預(yù)制構(gòu)件模式是設(shè)計(jì)→構(gòu)件廠生產(chǎn)→運(yùn)輸→現(xiàn)場安裝，但是這些環(huán)節(jié)之間是獨(dú)立分離的。設(shè)計(jì)的合理只能等到安裝的時候才發(fā)現(xiàn)，這樣大大增加了成本和工期的不可控。BIM 技術(shù)在建模中就加入了設(shè)計(jì)、制造、安裝的需求，提前處理后續(xù)生產(chǎn)和安裝的問題。BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)階段的引入可以提高工作效率和后期施工的效果。首先進(jìn)行工程的勘察，通過BIM 技術(shù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)根據(jù)堪察情況進(jìn)行三維建模，設(shè)置各參數(shù)進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行反復(fù)調(diào)整后得出合適的參數(shù)，這樣不但可以大大節(jié)省時間和成本還可以使得構(gòu)件更加的標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品的性能更加可控。

裝配式建筑的設(shè)計(jì)中運(yùn)用BIM 技術(shù)，需要創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件庫。首先對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行分類，然后根據(jù)圖紙的要求創(chuàng)建預(yù)制構(gòu)件的相關(guān)數(shù)據(jù)，再對構(gòu)件編碼入庫如圖1。在做整體設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員才能調(diào)取構(gòu)件完成工作。標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件可以在多個地方使用，非標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件是設(shè)計(jì)師的深入調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，達(dá)到信息數(shù)據(jù)的共享。

圖1 BIM構(gòu)件設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)碰撞檢測在設(shè)計(jì)初期有助于解決質(zhì)量問題。通過碰撞檢測試驗(yàn)使得設(shè)計(jì)更加合理。BIM 應(yīng)用中最常用功能之一就是3D 模型碰撞檢測。與二維圖紙不同，BIM 技術(shù)在三維空間上表達(dá)，避免了許多意想不到的碰撞盲區(qū)。有利于解決各個專業(yè)分類設(shè)計(jì)存在的專業(yè)間的碰撞沖突。碰撞檢測一般分單專業(yè)碰撞和多專業(yè)碰撞。單專業(yè)碰撞是針對復(fù)雜裝配式建筑中的梁、板、柱和墻之間的碰撞檢測。而多專業(yè)碰撞檢測是在多專業(yè)之間的碰撞檢測，例如電氣系統(tǒng)和消費(fèi)系統(tǒng)之間的碰撞。經(jīng)過碰撞試驗(yàn)得出報告后，設(shè)計(jì)人員根據(jù)報告指出的缺陷位置進(jìn)行修正，再進(jìn)行碰撞檢測。反復(fù)幾個過程后，直達(dá)滿足的設(shè)計(jì)和使用要求，如圖2。

2 BIM技術(shù)在裝配式構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)優(yōu)化構(gòu)件生產(chǎn)

裝配式建筑很多構(gòu)件為預(yù)制構(gòu)件，在生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)加工后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，再在施工現(xiàn)場，根據(jù)圖紙結(jié)合現(xiàn)場澆注將預(yù)制構(gòu)件組裝和嵌入到實(shí)體結(jié)構(gòu)中，因此構(gòu)件的形狀和尺寸等的精確度要求非常高，構(gòu)件生產(chǎn)制作的好壞會成為后期施工順利進(jìn)行的前提條件。裝配式構(gòu)件的生產(chǎn)是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為建筑成果的非常關(guān)鍵一步。

裝配式建筑構(gòu)件傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式是有設(shè)計(jì)單位向生產(chǎn)單位圖紙交底，也就是通過圖紙的繪制和標(biāo)注向生產(chǎn)企業(yè)發(fā)送各類裝配式建筑構(gòu)件的詳細(xì)數(shù)據(jù)。但是，二維圖紙不能很好的全面的反應(yīng)構(gòu)件的信息，因此在圖紙交際會產(chǎn)生信息欠缺的問題。BIM 技術(shù)是可以引入3D實(shí)體仿真模型的方式來實(shí)現(xiàn)技術(shù)交底，可以將構(gòu)件的規(guī)格、尺寸、結(jié)構(gòu)、材料和屬性參數(shù)直觀的展示出來。生產(chǎn)人員能夠在空間上更精確的掌握構(gòu)件的要求。同時在構(gòu)件中植入無線射頻識別(RFID)芯片，借助信息采集系統(tǒng)，對構(gòu)件進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控。構(gòu)件生產(chǎn)好之后，嚴(yán)格對構(gòu)件的信息與系統(tǒng)進(jìn)行匹配，核對合格的才能出庫運(yùn)輸至施工現(xiàn)場。

2.2 BIM技術(shù)優(yōu)化構(gòu)件的模型化試制

在裝配式構(gòu)件設(shè)計(jì)方案完成后，生產(chǎn)企業(yè)可以通過BIM 平臺直接獲取各種構(gòu)件的信息，包括尺寸、結(jié)構(gòu)、內(nèi)部原材料的配比。在BIM 平臺上提供條碼與這些信息關(guān)聯(lián)，直接轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸?shù)。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)建立預(yù)制構(gòu)件BIM 參數(shù)化模型和主體結(jié)構(gòu)模型，將構(gòu)件模型和主體結(jié)構(gòu)模型相融合，有利于發(fā)現(xiàn)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)在裝配和使用中的碰撞，從而在構(gòu)件生產(chǎn)前發(fā)現(xiàn)問題，提高構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量。

3 BIM技術(shù)在裝配式建筑施工中的應(yīng)用

3.1 提高構(gòu)件庫存、運(yùn)輸和現(xiàn)場管理

BIM 技術(shù)在裝配式建筑的應(yīng)用，可以提高現(xiàn)場施工的水平，優(yōu)化運(yùn)輸流程和施工工藝。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)后的運(yùn)輸和施工需要進(jìn)行分類管理。BIM 技術(shù)可在施工前對構(gòu)件的運(yùn)輸和安裝進(jìn)行仿真模擬，預(yù)防突發(fā)事件。完成整體建模后，模擬可能出現(xiàn)的突發(fā)事件，制定和完善安全管理預(yù)案，避免安全事故的發(fā)生。通過三維可視化的管理，合理安排現(xiàn)場的布置和運(yùn)輸?shù)跹b路線，提高效率，加快進(jìn)度，避免反復(fù)工作。同時，實(shí)時讀取在構(gòu)件生產(chǎn)中植入包含構(gòu)件信息的無線射頻識別(RFID)芯片，核對信息，提高管理水平。BIM 技術(shù)管理裝配式建筑的模式如圖3。

圖3 BIM技術(shù)管理裝配式建筑

3.2 優(yōu)化施工工序和成本管理

在裝配式建筑中運(yùn)用BIM 技術(shù)，將時間和資源兩個維度引入到BIM 模型中。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬現(xiàn)場施工的進(jìn)度和資源使用投入情況，施工單位可以直觀了解施工工藝、施工進(jìn)度計(jì)劃和資源投入情況（分階段資金）。對施工規(guī)劃和成本投入及時進(jìn)行優(yōu)化，避免因?yàn)榭紤]不夠周到安排不合理，增加成本和拖延施工進(jìn)度。在BIM 模型中輸入各類數(shù)據(jù)，拆分、分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以找出工程管理的漏洞，優(yōu)化整個施工順序、合理安排資源、優(yōu)化現(xiàn)金流，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度計(jì)劃及成本的動態(tài)管理。

4 東莞建筑行業(yè)基于BIM 技術(shù)的裝配式建筑的現(xiàn)狀

東莞市在國家和廣東省的政策號召下，加快推進(jìn)行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)一步推進(jìn)BIM 技術(shù)在規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)過程中的應(yīng)用。東莞市住建局委托東莞市建筑科學(xué)研究所牽頭，聯(lián)通有關(guān)建筑企業(yè)、高校、科研機(jī)構(gòu)等共同組建東莞市BIM 技術(shù)聯(lián)盟，致力于凝聚共識、整合資源、搭建平臺，全力推進(jìn)BIM 技術(shù)及產(chǎn)品研究開發(fā)與應(yīng)用推廣，推動?xùn)|莞建筑業(yè)信息化發(fā)展。到目前為止BIM 技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在東莞多個工程項(xiàng)目中。東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院擴(kuò)建項(xiàng)目中，BIM 技術(shù)在圖紙深化上的應(yīng)用，解決了圖紙碰撞的問題，在施工進(jìn)度管理中，通過三維模型技術(shù)交底，加強(qiáng)了現(xiàn)場的把控。東莞市民服務(wù)中心的擴(kuò)建改造中，BIM 技術(shù)的可視化、碰撞檢查和模擬分析功能，有效解決了大型鋼結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)難的問題。

BIM 技術(shù)在施工方案虛擬仿真分析，優(yōu)化施工工序，解決施工現(xiàn)場組織與協(xié)調(diào)難的問題。東莞國貿(mào)中心項(xiàng)目建設(shè)中，BIM智慧運(yùn)維系統(tǒng)的運(yùn)用，基于BIM模型對連通口暗挖、坡道復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、屋頂鋼結(jié)構(gòu)施工工序、施工方案進(jìn)行了優(yōu)化取得了 較好的成果。隨著政府、企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)的共同努力，BIM 技術(shù)將會在東莞的裝配式建筑中得到更多的運(yùn)用。

5 BIM 技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)與施工中的不足

5.1 BIM技術(shù)在裝配式建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)欠缺

BIM 在我國的應(yīng)用還處于初級階段，相關(guān)對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的編制沒能跟上發(fā)展的需要。住建部等相關(guān)部門在政策上要給與大力的支持，完善相關(guān)法律法規(guī)。從業(yè)人員應(yīng)該團(tuán)結(jié)協(xié)助共同努力，多提寶貴意見，幫助相關(guān)部門制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

5.2 BIM技術(shù)軟件研發(fā)不夠成熟

現(xiàn)階段，我國企業(yè)使用的BIM 技術(shù)相關(guān)軟件一般都是國外軟件，如Revit 系類和Navisworks 系列，是根據(jù)國外的基礎(chǔ)理論標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，在適應(yīng)中國地區(qū)、熟悉行業(yè)習(xí)慣和政策方面不足。而國內(nèi)自主研發(fā)的軟件有PKPM 系列和廣聯(lián)大系列。但國內(nèi)的軟件還不夠成熟。對于專業(yè)之間使用不同軟件設(shè)計(jì)時，純在各軟件之間存在數(shù)據(jù)兼容性的問題，例如數(shù)據(jù)無法導(dǎo)入，導(dǎo)入數(shù)據(jù)部分丟，數(shù)據(jù)屬性無法識別。因此開發(fā)適合我國工程的BIM 軟件是BIM 技術(shù)在裝配式建筑得到廣泛應(yīng)用的重要基石。

5.3 BIM專業(yè)人才緊缺

BIM 技術(shù)在裝配式建筑的整個過程應(yīng)該是一個團(tuán)隊(duì)協(xié)作的過程，在各個環(huán)節(jié)都需要高素質(zhì)的專業(yè)人才。他們不但要熟練掌握BIM 模型技術(shù)和相關(guān)的技術(shù)級技術(shù)，還要了解各個環(huán)節(jié)的流程和管理。我國當(dāng)前這方面的人才少之又少。建筑企業(yè)應(yīng)設(shè)立專門的BIM 培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)對員工的培養(yǎng)。高等院校和職業(yè)技術(shù)學(xué)校要開始相關(guān)課程，提高學(xué)生的理論知識，同時開展校企合作，提供實(shí)習(xí)機(jī)會，培養(yǎng)出素質(zhì)人才。

5.4 BIM系統(tǒng)構(gòu)建成本高和利用率低

BIM 技術(shù)在我國的年薪比較短，技術(shù)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不成熟，因此建設(shè)BIM 信息模型需要耗費(fèi)大量的人力物力。目前BIM 技術(shù)不能在整個建設(shè)過程中運(yùn)用，只能在某些階段使用，導(dǎo)致了投入產(chǎn)出不成正比，沒能發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，BIM 技術(shù)也趨于向成熟，應(yīng)用的范圍不斷拓展。BIM 技術(shù)為裝配式建筑提供信息交互平臺，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)信息互通，提高工作效率，使裝配式建筑的施工更加科學(xué)、可視化。

裝配式建筑工程中BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)優(yōu)化、模擬實(shí)施、進(jìn)度管理等方面發(fā)揮作用。BIM 技術(shù)的順利實(shí)施為項(xiàng)目創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，為企業(yè)積累了經(jīng)驗(yàn)與